RU2298169C1 - Двухспектральный дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды - Google Patents
Двухспектральный дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2298169C1 RU2298169C1 RU2005133106/28A RU2005133106A RU2298169C1 RU 2298169 C1 RU2298169 C1 RU 2298169C1 RU 2005133106/28 A RU2005133106/28 A RU 2005133106/28A RU 2005133106 A RU2005133106 A RU 2005133106A RU 2298169 C1 RU2298169 C1 RU 2298169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water surface
- wavelengths
- oil
- reflected
- received
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 241000156978 Erebia Species 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
- B01D21/30—Control equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
- B01D21/30—Control equipment
- B01D21/32—Density control of clear liquid or sediment, e.g. optical control ; Control of physical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/1826—Organic contamination in water
- G01N33/1833—Oil in water
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного обнаружения разливов нефти и нефтепродуктов в морях и внутренних водоемах. Дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности включает зондирование исследуемой водной поверхности воды импульсным оптическим пучком на двух длинах волн, регистрацию излучения, отраженного от водной поверхности, и анализ отношения мощностей лазерных сигналов, полученных от исследуемой водной поверхности, к соответствующим мощностям лазерных сигналов, полученным от чистой водной поверхности. О наличии нефтяной пленки на водной поверхности судят по выполнению одновременно двух соотношений:
где
λ1, λ2 - длины волн зондирования;
Р(λ1,2), Рw(λ1,2), - мощности лазерных сигналов на длинах волн λ1, λ2, полученные от исследуемой и от чистой водной поверхности. Техническим результатом является повышение достоверности обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного обнаружения разливов нефти и нефтепродуктов в морях и внутренних водоемах.
Известен способ обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды [1], заключающийся в том, что исследуемую водную поверхность облучают импульсным пучком оптического излучения, принимают отраженный сигнал и проводят сравнение сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды. В качестве параметра сравнения выбирается количество импульсных сигналов N, превысивших порог срабатывания анализатора. При N≥Nb судят о наличии нефтяной пленки, а при N<Nb - об ее отсутствии (Nb - число, характеризующее вероятность приема сигналов в условиях волнения).
Недостатком этого способа обнаружения нефтяных загрязнений является невысокая достоверность обнаружения.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [2] обнаружения нефтяной пленки на водной поверхности путем облучения поверхности воды импульсным пучком оптического излучения и приема отраженного сигнала с последующим сравнением сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды, в качестве параметров отраженного излучения выбирают энергию W и длительность эхо-импульса τ, а о наличии нефтяной пленки судят по выполнению одновременно двух соотношений:
W>Wo
τ<τо
где W, Wo и τ, τo - соответственно энергии и длительности эхо-импульса, регистрируемого приемником от исследуемой и чистой водной поверхностей.
Недостатком этого способа является ошибочное обнаружение нефтяных загрязнений при наличии на водной поверхности участков с сильно сглаженным волнением, на которых нефтяных загрязнений нет.
Избежать этого недостатка можно тем, что согласно способу обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности водоемов, включающему облучение поверхности воды импульсным пучком оптического излучения, прием отраженного сигнала и последующее сравнение сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды, облучение поверхности и прием отраженного сигнала осуществляют на двух длинах волн, в качестве параметров отраженного излучения выбирают отношения мощностей лазерных сигналов, полученных от исследуемой водной поверхности, к соответствующим мощностям лазерных сигналов, полученным от чистой водной поверхности, а о наличии нефтяной пленки судят по выполнению одновременно двух соотношений:
где
λ1, λ2 - длины волн зондирования;
Р(λ1), Р(λ2) и Pw(λ1), Pw(λ2) - мощности лазерных сигналов на длинах волн λ1, λ2, полученные, соответственно, от исследуемой водной поверхности и от чистой водной поверхности.
Наличие отличительных признаков указывает на соответствие критерию "новизна".
Указанные отличительные признаки известны в патентной литературе лишь частично [1-3] (известны варианты использования для обнаружения нефтяной пленки различных параметров, в том числе и двух параметров отраженного сигнала - энергии и длительности импульса [2]), их совокупность не известна, и поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
На чертеже схематично изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.
Устройство содержит источник оптического излучения 1, формирующий излучение на двух длинах волн; фотоприемник 2, регистрирующий отраженное от водной поверхности излучение на двух длинах волн; блок обработки 3, который по данным двухспектральных измерений определяет отношения мощностей лазерных сигналов, полученных от исследуемой водной поверхности, к соответствующим мощностям лазерных сигналов, полученным от чистой водной поверхности, и проводит проверку выполнения соотношений (1), что позволяет с высокой достоверностью проводить обнаружение нефтяных загрязнений.
Устройство работает следующим образом.
Источник оптического излучения 1 облучает исследуемую водную поверхность 4 (например, источник излучения 1 может находиться на самолетном носителе). Облучение водной поверхности осуществляют вертикально вниз на двух длинах волн. Интенсивность отраженного излучения на каждой длине волны регистрируется фотоприемником 2. Сигнал с фотоприемника 2 поступает в блок 3, где измеренные интенсивности отраженного излучения от исследуемой водной поверхности сравниваются с интенсивностью отраженного излучения от чистой водной поверхности (которая регистрируется в начале измерений при полете над заведомо чистым участком водной поверхности и хранится в памяти блока 3). В блоке обработки вычисляются отношения мощностей лазерных сигналов, полученных от исследуемой водной поверхности, к соответствующим мощностям лазерных сигналов, полученным от чистой водной поверхности, проводится проверка выполнения соотношений (1) и делается ввод о наличии или отсутствии нефтяных загрязнений. При облете исследуемой акватории результатом работы блока 3 является массив данных о наличии нефтяных загрязнений.
Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что физической основой дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности методом оптического зондирования является наличие контраста яркости отраженного излучения от чистой водной поверхности и водной поверхности, покрытой пленкой нефти. Контраст обусловлен двумя причинами: нефтяная пленка имеет другой коэффициент отражения, чем граница раздела воздух-вода, и нефтяная пленка сглаживает волнение водной поверхности (см., например, [4, 5]). Контроль только одного из этих эффектов уменьшает достоверность обнаружения нефтяных загрязнений: область со сглаженным волнением может быть ветровой тенью за островом или высоким берегом; коэффициент отражения может меняться не только из-за нефтяных загрязнений, но и из-за наличия пены на водной поверхности, пленки биологического происхождения и т.п.
Для повышения достоверности обнаружения нефтяных загрязнений необходимо контролировать наличие одновременно двух эффектов - сглаживания волнения и изменения коэффициента отражения водной поверхности. Это достигается облучением поверхности и приемом отраженного сигнала на двух длинах волн, определением по данным двухспектральных измерений отношения мощностей лазерных сигналов, полученных от исследуемой водной поверхности, к соответствующим мощностям лазерных сигналов, полученным от чистой водной поверхности, и проверкой выполнения соотношений (1).
Длины волн зондирования λ1, λ2 должны быть специально подобраны так, чтобы выполнялись приведенные выше неравенства. Вариантов выбора пар длин волн λ1 и λ2 достаточно много. В таблице в качестве примера приведены результаты расчетов (проведенных по формулам [4, 5]) величин
и N для трех пар длин волн зондирования: 2,5 и 1,06 мкм; 5,9 и 2,86 мкм; 11 и 1,43 мкм в случае различного характера исследуемого участка водной поверхности: нефтяное пятно, область со сглаженным волнением, пенное образование, участок водной поверхности без нефтяных загрязнений. Из таблицы хорошо видно, что для всех трех пар длин волн соотношения (1) выполняются и это позволяет отличать нефтяные загрязнения от областей со сглаженным ветровым волнением и пенных образований и тем самым с большой достоверностью принимать решения о наличии нефтяных загрязнений.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи увеличения надежности обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности. Известные способы обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды могут ошибочно идентифицировать как "нефтяные загрязнения" участки водной поверхности со сглаженным ветровым волнением и области с пенными образованиями.
Двухспектральный дистанционный лазерный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды позволяет с высокой достоверностью обнаруживать нефтяные загрязнения на водной поверхности, так как отличает области загрязнения от областей со сглаженным ветровым волнением и областей с пенными образованиями.
Данное устройство может быть собрано на предприятиях РФ из компонентов и узлов, изготавливаемых в РФ, и соответствует критерию "промышленная применимость".
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N1354073, кл. G01N 21/55, 1987.
2. Патент РФ на изобретение №2143108, кл. G01N 21/55, 1999.
3. Авторское свидетельство СССР N1092393, кл. G01N 21/85, 1984.
4. Радиофизический мониторинг загрязнений природной среды / Белов М.Л., Городничев В.А., Козинцев В.И. и др. М.: Аргус, 1994, 107 с.
5. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды / Козинцев В.И., Орлов В.М., Белов М.Л. и др. М.: Изд-во МГТУ, 2002, 528 с.
Claims (1)
- Дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности путем облучения поверхности воды импульсным пучком оптического излучения и приема отраженного сигнала с последующим сравнением сигналов, отраженных от поверхности чистой и исследуемой воды, для принятия решения о наличии нефтяной пленки, отличающийся тем, что облучение поверхности и прием отраженного сигнала осуществляют на двух длинах волн, в качестве параметров отраженного излучения выбирают отношения мощностей лазерных сигналов, полученных от исследуемой водной поверхности, к соответствующим мощностям лазерных сигналов, полученным от чистой водной поверхности, а о наличии нефтяной пленки судят по выполнению одновременно двух соотношений:
где
λ1, λ2 - длины волн зондирования;Р(λ1), Р(λ2) и Pw(λ1), Pw(λ2) - мощности лазерных сигналов на длинах волн λ1, λ2, полученные от исследуемой и от чистой водной поверхности.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005133106/28A RU2298169C1 (ru) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | Двухспектральный дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды |
| US11/554,228 US7417228B2 (en) | 2005-10-28 | 2006-10-30 | Method of and device for detecting oil pollutions on water surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005133106/28A RU2298169C1 (ru) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | Двухспектральный дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2298169C1 true RU2298169C1 (ru) | 2007-04-27 |
Family
ID=38002661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005133106/28A RU2298169C1 (ru) | 2005-10-28 | 2005-10-28 | Двухспектральный дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7417228B2 (ru) |
| RU (1) | RU2298169C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102507474A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-06-20 | 大连海事大学 | 一种船舶溢油目标的识别方法及系统 |
| EP2406613A4 (en) * | 2009-03-12 | 2013-03-13 | Integrated Optoelectronics As | METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING / DETECTING CHEMICAL LEAVES |
| RU2800809C1 (ru) * | 2023-04-03 | 2023-07-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8395119B2 (en) * | 2009-11-03 | 2013-03-12 | Fahad A. M. I. Alawadi | Airborne/spaceborne oil spill determining system |
| GB2492722B (en) * | 2010-05-04 | 2016-07-20 | Univ South Carolina | Detecting heat capacity changes due to surface inconsistencies using high absorbance spectral regions in the mid-ir |
| US9885147B2 (en) | 2015-04-24 | 2018-02-06 | University Of South Carolina | Reproducible sample preparation method for quantitative stain detection |
| US10041866B2 (en) | 2015-04-24 | 2018-08-07 | University Of South Carolina | Reproducible sample preparation method for quantitative stain detection |
| CN105223177B (zh) * | 2015-10-19 | 2018-03-30 | 青岛市光电工程技术研究院 | 一种距离自适应海洋溢油监测设备及方法 |
| WO2020232644A1 (zh) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | 唐山哈船科技有限公司 | 油井平台附近溢油监测装置及操作方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3783284A (en) * | 1971-10-28 | 1974-01-01 | Texas Instruments Inc | Method and apparatus for detection of petroleum products |
| US5296711A (en) * | 1992-11-05 | 1994-03-22 | Atlantic Richfield Company | Technique for the remote detection of sea slicks |
-
2005
- 2005-10-28 RU RU2005133106/28A patent/RU2298169C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-10-30 US US11/554,228 patent/US7417228B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| . * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2406613A4 (en) * | 2009-03-12 | 2013-03-13 | Integrated Optoelectronics As | METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING / DETECTING CHEMICAL LEAVES |
| CN102507474A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-06-20 | 大连海事大学 | 一种船舶溢油目标的识别方法及系统 |
| RU2800809C1 (ru) * | 2023-04-03 | 2023-07-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7417228B2 (en) | 2008-08-26 |
| US20070102333A1 (en) | 2007-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2298169C1 (ru) | Двухспектральный дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды | |
| CN111077536A (zh) | 一种海洋激光雷达测探回波分类方法及装置 | |
| Zha et al. | Ranging precision for underwater laser proximity pulsed laser target detection | |
| CN113608195A (zh) | 一种激光雷达全波形数据分解测深方法、装置及电子设备 | |
| RU2548122C1 (ru) | Способ дистанционного определения загрязнения поверхности открытых водоемов | |
| Matteoli et al. | Automated underwater object recognition by means of fluorescence LIDAR | |
| KR101879641B1 (ko) | 수심 라이다 파형 분석을 통한 탁도 측정 방법 | |
| CN106323179A (zh) | 一种基于拉曼光谱进行油膜厚度测量的装置及方法 | |
| KR20200057998A (ko) | 오일 유출 감지장치 | |
| RU2304759C1 (ru) | Дистанционный трехволновой способ измерения толщины тонких пленок | |
| RU2440566C1 (ru) | Способ дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды | |
| RU2387977C1 (ru) | Неконтактный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды | |
| CN115266509B (zh) | 一种基于激光雷达的水下垂向悬浮物浓度探测方法及系统 | |
| Gong et al. | Detecting submerged objects by Brillouin scattering | |
| RU2300077C1 (ru) | Дистанционный способ измерения толщины толстых пленок нефтепродуктов на поверхности воды | |
| Du et al. | Ultrasonic Measurement on the Thickness of Oil Slick Using the Remotely Operated Vehicle (ROV) as a Platform | |
| RU2501032C1 (ru) | Способ определения проницаемости преграды для зондирующего излучения сверхширокополосного радара | |
| RU2353954C1 (ru) | Способ дистанционного определения характеристик среды открытого водоема | |
| RU2143108C1 (ru) | Дистанционный лазерный способ обнаружения нефтяной пленки на поверхности воды | |
| RU2347210C1 (ru) | Двухугловой дистанционный способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды | |
| EP3311147A1 (en) | Characterization of multilayer structures | |
| Kachhawa et al. | Methods of detection of micro-plastic in environment with effect | |
| JP6587122B2 (ja) | 油の性状検知方法及び油の性状検知装置 | |
| US5926270A (en) | System and method for the remote detection of organic material in ice in situ | |
| Bescond et al. | Photoacoustic detection and monitoring of oil spill |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071029 |